The achievements of the deuterium beam operation of a negative-ion-based neutral beam injector (N-NBI) in the large helical device (LHD) are reported. In beam operation in LHD-NBIs, both hydrogen (H) and deuterium (D) neutral beams were generated by changing the operation gas using the same accelerator. The maximum accelerated deuterium negative-ion current () reaches 46.2 A from two beam sources with the averaged current density being 190 A m−2 for 2 s, and the extracted electron to accelerated ion current ratio () increases to 0.39 using 5.6 V high bias voltage in the first deuterium operation in 2017. An increase of electron density in the vicinity of the plasma grid (PG) surface, which is considered the main reason for the increase of co-extracted electrons in a beam, is confirmed by the half-size research negative-ion source in the neutral beam test stand at the National Institute for Fusion Science (NIFS). The deuterium negative-ion density is also larger than the hydrogen negative-ion density in the vicinity of the PG surface using the same discharge conditions. In the latest experimental campaign in 2018, increases to 55.4 A with the averaged current density being 233 A m−2 for 1.5 s using the shot extraction gap length. The low of 0.31 can be maintained by using high discharge power. The various parameters mentioned above are defined in detail below.
大型ヘリカル装置(LHD)における負イオン源中性粒子ビーム入射装置(N-NBI)の重水素ビーム運転の成果について報告する。LHD-NBIにおけるビーム運転では、同じ加速器を用いて運転ガスを切り替えることにより、水素(H)および重水素(D)中性粒子ビームの両方を生成した。最大の加速重水素負イオン電流()は、2つのビーム源から46.2 Aに達し、平均電流密度は2秒間で190 A m−2であり、また、引き出された電子と加速イオン電流の比()は、2017年の最初の重水素運転において、5.6 Vの高いバイアス電圧を用いることで0.39まで増加した。ビーム内の同時引き出し電子の増加の主な原因と考えられているプラズマグリッド(PG)表面近傍の電子密度の増加は、核融合科学研究所(NIFS)の中性粒子ビーム試験装置におけるハーフサイズ研究用負イオン源によって確認された。同じ放電条件を用いた場合、PG表面近傍の重水素負イオン密度は水素負イオン密度よりも大きい。2018年の最新の実験キャンペーンでは、ショットの引き出しギャップ長を用いることで、()は55.4 Aに増加し、平均電流密度は1.5秒間で233 A m−2となった。高い放電出力を用いることで、低い()=0.31を維持できる。上述の各種パラメータは、以下で詳細に定義される。